Для определения типа рака легких требуется биопсия пациента. Современные методы биопсии включают пункционную биопсию под контролем УЗИ и КТ: часть пораженной ткани извлекается и исследуется. Пункционная биопсия может показаться болезненной, но она не доставляет дискомфорта, поскольку проводится под местной анестезией. Бронхоскопия позволяет получить доступ к трахеобронхиальным трубкам организма через носовую полость, чтобы увидеть детали легких. Бронхоскопия — не слишком комфортное исследование. Однако при пункции легкого можно взять опухолевую ткань только относительно близко к грудной стенке, а трахеоскопия необходима при центральном раке легкого и лимфатических узлах вокруг трахеи. Поэтому трахеоскопия также является незаменимым методом обследования при раке легкого. Медиастиноскопия — это исследование для пациентов, у которых нет увеличенных лимфатических узлов в надключичной области и увеличенных лимфатических узлов в средостении. Медиастиноскопия должна проводиться в операционной под общим наркозом. Доступ к медиастиноскопу осуществляется через надключичный надрез и обеспечивает доступ к ряду буллезных и хиларных лимфатических узлов, парабронхиальных и паратрахеальных лимфатических узлов, а также к задней части верхнего средостения. В случае плохого доступа к образцам опухолевой ткани можно также использовать для исследования жидкие образцы — периферическую кровь, что относительно легко сделать, взяв пробирку венозной крови. Однако точность анализа периферической крови относительно низкая, и он используется в основном как основа для выбора лекарств и лечения в особых случаях.